CN111502707B - 一种隧道极软岩层收缩拱架初支方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种隧道极软岩层收缩拱架初支方法，通过现场验证，极软弱炭质、泥质页岩特性是塑性流变，且吸附水、透水，在此基础上以抵抗为主、适当释放为辅的观点采取初支结构措施，能够对症下药治理软岩大变形、初支侵限及塌方，可靠有效；本发明在原来设计初支的基础上适当加大预留沉降变形量，在允许一定变形的基础上杜绝侵限和返工，加快了施工速度，解除了工期在铁路全线的严重紧张程度；此外，本发明提出的限制尺寸收缩拱架设计，加工简单，现场施工方便操作。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，特别是涉及一种隧道极软岩层收缩拱架初支方法。
背景技术
某高速铁路双线隧道，地处荆山山脉，属构造剥蚀低山地貌区。隧道洞身通过地层为新滩组(S1x)砂质页岩，如图1所示。隧址区位于扬子准地台一级构造单元北缘，上扬子陆块褶皱带之神农架-荆门台坪褶皱带内。地下水主要类型有第四系孔隙潜水、基岩裂隙水，大气降水及地表水是区内地下水的主要补给来源。
隧道分进口、横洞、出口三个工区四个作业面组织施工，开挖断面约150m2，横洞小里程DK471+500附近，开挖揭示岩性主要为青灰色砂质页岩，薄～中厚层状，岩层走向顺线路方向发展，倾向由左向右，视倾角约85°，岩质较软；受田家沟断层影响，岩体较破碎，节理裂隙发育，沿裂隙面局部见方解石脉充填，掌子面右侧夹软弱夹层，宽度约4m；掌子面局部有股状地下水流出，围岩遇水软化，围岩自稳能力差，开挖过程中局部存在溜坍、掉块现象。
针对上述工况，传统的施工工法采用三台阶法+临时仰拱，开挖预留变形量300mm。此外，设计Va复合式衬砌结构，采用拱架+超前小导管初支结构，拱脚采用锁脚锚管加固。但是，该现有方案存在如下缺点：①预留沉降变形量太少，第一次初支后，95％左右初支变形开裂、侵限、返工，导致出现多次塌方，安全风险太高，同时还会严重影响施工进度，增加施工成本。②没有加强初支，仅是主观意识认为只要采取释放岩层压力、允许初支变形，便可趋向稳定，然而安全高风险始终未能消除。
发明内容
本发明的目的是提供一种隧道极软岩层抗放结合间隔限制尺寸收缩拱架初支方法，基于抵抗为主、适当释放为辅的观点采取初支结构措施，确保施工安全；同时适当加大预留沉降变形量，允许一定变形，但要杜绝侵限和返工，加快施工速度，解除工期在铁路全线的严重紧张程度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种隧道极软岩层收缩拱架初支方法，包括如下步骤：
步骤S1：采用三台阶开挖方法，首先开挖预留大于300mm的沉降变形量，并预留核心土；之后设置超前支护；
步骤S2：开挖后挂密目网，初喷混凝土，再设立钢拱架、打锁脚锚管，焊接U型钢筋、挂钢筋网片，之后复喷混凝土到设计厚度；
步骤S3：在上一级台阶的拱脚以上1.0m、以下1.5m打斜钻孔并注浆加固周边围岩，在下一个台阶开挖时防止蹓塌，避免初支失效；
步骤S4：在中台阶立钢拱架时，每间隔若干榀钢拱架使用1榀弹性可收缩拱架，两侧各一节，弹性可收缩拱架的上、下各施作一对锁脚锚管，焊接U型钢筋并注浆加固；
步骤S5：对出水点采用水泥－水玻璃双液注浆封水，防止炭质、泥质页岩遇水泥化，造成失稳。
可选的，步骤S1中，上台阶每次仅实施1榀拱架。
可选的，步骤S1中，预留的沉降变形量增加到600mm。
可选的，步骤S2中，初喷混凝土的厚度为50～80mm。
可选的，步骤S3中，斜钻孔向下斜打，安装小导管后注浆加固；注浆液为硫铝酸盐水泥浆液。
可选的，步骤S4中，每间隔5榀钢拱架使用1榀弹性可收缩拱架。
可选的，所述弹性可收缩拱架包括上拱架工字钢和下拱架工字钢，所述上拱架工字钢和所述下拱架工字钢通过弹簧连接，所述弹簧的最大缩程为400mm。
可选的，所述上拱架工字钢通过一钢垫板与所述弹簧的顶端连接；所述弹簧的外部罩设有四方钢管，所述下拱架工字钢连接于所述四方钢管的底部。
可选的，步骤S1中，超前支护采用若干小导管，所述若干小导管间隔设置在钢拱架的顶部，并垂直于钢拱架设置。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明基于对塑性流变特性的极软弱炭质、泥质页岩不能以释放的观点制定初支措施，采取了以抵抗为主、适当释放为辅的方式进行了初支结构措施，以确保施工安全。具体效果如下：
①适当增大隧道掌子面开挖预留变形量，采取间隔设置收缩拱架的方法，实现以抗为主、释放为辅的初支理念，可有效防止软弱炭质、泥质页岩流塑性变形对初支的破坏；
②避免了初支侵限返工，加快了施工进度，节约了施工成本，有效避免经济亏损；
③斜钻孔采用快硬微膨胀的硫铝酸盐水泥进行注浆，杜绝了蹓坍，规避了安全风险，避免安全事故的发生；
④限制尺寸收缩拱架设计，加工简单，现场施工方便操作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为隧道地质纵断面图；
图2为三台阶初期支护示意图；
图3为隧道复合式衬砌断面示意图；
图4为抗放结合间隔限制尺寸收缩拱架初支结构示意图；
图5为弹性可收缩拱架的结构示意图；
其中，附图标记为：1、钢拱架；2、锁脚锚管；3、钢筋网片；4、斜钻孔；6、围岩；7、密目网；8、初喷混凝土；9、复喷混凝土；10、弹性可收缩拱架；10-1、上拱架工字钢；10-2、下拱架工字钢；10-3、弹簧；10-4、钢垫板；10-5、四方钢管；10-6、拱架单元垫板；11、核心土；12、小导管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一：
针对掌子面局部有股状地下水流出，围岩遇水软化，围岩自稳能力差，开挖过程中局部存在溜坍、掉块现象等现有一些列问题，现有的施工工法采用三台阶法+临时仰拱，开挖预留变形量300mm。如图2和3所示，设计Va复合式衬砌结构，采用拱架+超前小导管初支结构，拱脚采用φ42的锁脚锚管2加固。具体如下：
①超前支护采用φ42mm的小导管12，长4.0m，纵向间距3.6m，每环根数50根，环向间距0.4m；
②初支支护采用喷射混凝土、钢筋网、锚杆、I22b型钢，其中：
喷射混凝土：C25混凝土，拱部厚28cm、仰拱厚28cm；
锚杆：拱部140°范围内采用φ22组合中空注浆锚杆，边墙采用φ22砂浆锚杆，长4.0m，纵环向间距1.2×1.0m；
钢筋网：采用φ8钢筋网格，网格间距20×20cm；
全环拱架：采用I22b型钢钢架，间距0.8m；
拱架锁脚：采用φ42mm锁脚锚管，长4.5m；
③二次衬砌采用钢筋混凝土结构：
C30钢筋混凝土：拱墙厚度50cm，仰拱厚度60cm，环向钢筋间距φ20@200mm，纵向钢筋间距φ14@250mm。
如图4-5所示，在上述设计初支方法的基础上增加：
(1)将预留沉降变形量增加到600mm，三台阶式开挖围岩6，上台阶采取每次只实施1榀拱架(即800mm)，并预留核心土11。
(2)开挖后挂一层密目网7，初喷混凝土8厚50～80mm，再立钢拱架1、打锁脚锚管2，焊接U型钢筋、挂钢筋网片3，复喷混凝土9到设计厚度。
(3)对上一个台阶拱脚以上1.0m、以下1.5m打斜钻孔4，斜钻孔4向下倾斜，孔内插入安装小导管后采用快硬微膨胀的硫铝酸盐水泥进行注浆，以对周边围岩6进行加固，可在下一个台阶开挖时防止蹓塌，尤其杜绝上一个台阶的初支背后出现塌落脱空，严禁出现初支失效。
(4)在中台阶立钢拱架1时，每间隔5榀钢拱架1使用1榀能允许收缩400mm的弹性可收缩拱架10，两侧各一节，形成限制尺寸收缩拱架设计。收缩节的具体结构如图5所示：包括上拱架工字钢10-1和下拱架工字钢10-2，上拱架工字钢10-1和下拱架工字钢10-2通过弹簧10-3连接，该弹簧10-3优选为一种最大缩程为400mm的强力弹簧；上拱架工字钢10-1通过一钢垫板10-4与弹簧10-3的顶端连接，弹簧10-3的外部罩设有壁厚25mm的四方钢管10-5，下拱架工字钢10-2连接于该四方钢管10-5的底部，下拱架工字钢10-2的底部还连接有拱架单元垫板10-6。弹性可收缩拱架10的上、下各施作一对锁脚锚管2，通过U型钢筋焊接并注浆加固。
(5)对出水点必须采用水泥－水玻璃双液注浆封水，防止炭质、泥质页岩遇水泥化，造成失稳。
由此可见，本实施例通过现场验证，极软弱炭质、泥质页岩特性是塑性流变，且吸附水、透水。基于此，本实施例以抵抗为主、适当释放为辅的观点采取初支结构措施，对症下药治理软岩大变形、初支侵限及塌方，可靠有效；此外，上述限制尺寸收缩拱架设计，加工简单，现场施工方便操作。
需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种隧道极软岩层收缩拱架初支方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤S1：采用三台阶开挖方法，首先开挖预留大于300mm的沉降变形量，并预留核心土；之后设置超前支护；其中，上台阶每次仅实施1榀拱架；
步骤S2：开挖后挂密目网，初喷混凝土，再设立钢拱架、打锁脚锚管，焊接U型钢筋、挂钢筋网片，之后复喷混凝土到设计厚度；
步骤S3：在上一级台阶的拱脚以上1.0m、以下1.5m打斜钻孔并注浆加固周边围岩，在下一个台阶开挖时防止蹓塌，避免初支失效；
步骤S4：在中台阶立钢拱架时，每间隔若干榀钢拱架使用1榀弹性可收缩拱架，两侧各一节，弹性可收缩拱架的上、下各施作一对锁脚锚管，焊接U型钢筋并注浆加固；其中，所述弹性可收缩拱架包括上拱架工字钢和下拱架工字钢，所述上拱架工字钢和所述下拱架工字钢通过弹簧连接，所述弹簧的最大缩程为400mm；所述上拱架工字钢通过一钢垫板与所述弹簧的顶端连接，所述弹簧的外部罩设有四方钢管，所述下拱架工字钢连接于所述四方钢管的底部；
步骤S5：对出水点采用水泥－水玻璃双液注浆封水，防止炭质、泥质页岩遇水泥化，造成失稳。
2.根据权利要求1所述的隧道极软岩层收缩拱架初支方法，其特征在于：步骤S1中，预留的沉降变形量增加到600mm。
3.根据权利要求1所述的隧道极软岩层收缩拱架初支方法，其特征在于：步骤S2中，初喷混凝土的厚度为50～80mm。
4.根据权利要求1所述的隧道极软岩层收缩拱架初支方法，其特征在于：步骤S3中，斜钻孔向下斜打，安装小导管后注浆加固；注浆液为硫铝酸盐水泥浆液。
5.根据权利要求1所述的隧道极软岩层收缩拱架初支方法，其特征在于：步骤S4中，每间隔5榀钢拱架使用1榀弹性可收缩拱架。
6.根据权利要求1所述的隧道极软岩层收缩拱架初支方法，其特征在于：步骤S1中，超前支护采用若干小导管，所述若干小导管间隔设置在钢拱架的顶部，并垂直于钢拱架设置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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